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【肌肉內肌電圖的體外記錄】
微針的大伸縮性和相對較高的模量使SMNEA平臺非常適合記錄動態運動組織內的電生理信號，如肌肉內肌電圖。海洋軟體動物Aplysia californica的頰腫塊是一個模型，其中包含負責進食、咬合和吞咽的不同肌肉群的密集組合。本研究演示了如何應用SMNEA從孤立、動態的Plysia頰塊感測肌肉內肌電圖。I1/I3和I2肌肉群以及一個被動鉸鏈是頰塊的主要組成部分，它們共同作用壓縮橈骨/齒突（齒狀舌和移動齒狀舌的肌肉）以進行進食。在圖5A所示的回縮周期中，I2肌肉放松，I1/I3肌肉收縮，將橈骨/噬齒肌向后推。結果，橈骨表面向后旋轉，接近食道入口。之后，當I1/I3和I2肌肉全部松弛時，橈骨/頜骨旋轉回原來的位置，頰面恢復到靜止狀態。
將帶有不同長度微針（0.4至1.5毫米）的八通道SMNEA裝置縱向連接到分離的頰腫塊上，微針電極插入肌肉組織（圖5B）。在SMNEA和頰腫塊表面之間使用水凝膠生物粘合劑可確保裝置與頰腫塊的穩定粘附。在典型的回縮運動周期中，存在三個不同的階段：收縮、放松和靜止（圖5A）。在第一階段（第一階段），頰前部腫塊隨著I1/I3肌肉的收縮和I2肌肉的放松而縮回。因此，前端直徑（R）減小，而從口腔到食道的長度（L）增加（圖5C）。在第二階段，隨著I1/I3和I2肌肉的放松，頰前肌群膨脹，導致L和R發生相反的變化。在第三階段，隨著I1/I3和I2肌肉群的放松，頰前肌群處于靜止狀態。可拉伸SMNEA在整個運動周期中跟隨頰塊的變形。記錄實驗結束后，通過制備含有微針電極的頰腫塊切片并對其進行保形顯微成像，確定微針電極和特定肌群的位置（圖5D）。編號為1至4的相對較長的微針電極（長度約為1.5毫米）插入I1/I3肌肉，編號為5至8的短微針電極（長度約為0.4至0.8毫米）插入I2肌肉（圖5E），其暴露的尖端為活動記錄點。從SMNEA的1至4號電極記錄到的肌內肌電信號（圖5F）和相應的功率譜密度圖顯示，在第一階段，當I1/I3肌肉收縮和I2肌肉放松時，振幅明顯高于從5至8號電極記錄到的振幅。在第二階段和第三階段，I1/I3和I2肌肉都處于放松狀態，EMG信號的振幅下降。圖5H中的功率譜分析顯示，第一階段的峰值振幅集中在5到20赫茲之間，這是plysia肌內肌電圖的特征。
2.總結與展望
本研究開發了一種可擴展的制造方法，用于制造具有高器件伸展性和定制性的微針電極陣列。通過將激光微加工、成型、微細加工和轉移印刷獨特地結合在一起，可以實現具有各種幾何形狀和陣列布局的可單獨尋址微針電極，以及較大的機械伸展性。凝膠輔助化學蝕刻工藝可方便地控制局部活性電極區域。電極配置的定制化是定向傳感或刺激的理想選擇。例如，這些具有空間可控長度的穿透電極可到達大腦皮層電路結構多層的不同深度，或可進入單個神經束，對周圍神經進行選擇性刺激。相對較高的微針模量使其能夠穩健地插入目標組織，電極陣列的可拉伸性確保了以微創方式與柔軟、動態移動的組織進行親密的生物界面接觸。這些特性使SMNEA成為在生物組織內部進行體外或體內傳感或刺激的理想平臺，正如在Plysia的頰腫塊中進行肌內EMG記錄的例子所證明的那樣。這種SMNEA平臺可應用于腦機接口的電生理傳感、皮膚間質的電化學傳感以及神經和肌肉的電刺激。通過優化蛇形互連，可以實現更高的電極密度。SMNEA的柔軟性和可拉伸性使其有可能適用于測量具有較大和快速變形的動態組織，也適用于長期使用，這可能需要穩定的界面粘附到目標組織上。可穿透、可拉伸的微針陣列還可與先進的傳感器、光學、光電子學和微流體技術相結合，實現各種傳感和調制功能，包括體液提取、光導輔助光學治療、光遺傳學和靶向給藥等。
文章來源：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn7202
可拉伸微針電極陣列（SMNEAs）的設計、制造、特性表征和應用（一）
